宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāngkm是公里吗，1km等于多少公里)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

km是公里吗，1km等于多少公里c="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/3b484d043bd3430.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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